隨著通信,、電腦及其周邊產(chǎn)品和家用電器不斷向高頻化、數(shù)字化方向發(fā)展,，對(duì)元器件的小型化,、集成化以至模塊化要求愈來(lái)愈迫切。有人曾夸張地預(yù)言,，以后的電子工業(yè)將簡(jiǎn)化為裝配工業(yè)———把各種功能模塊組裝在一起即可,。LTCC(低溫共燒陶瓷)以其優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械,、熱學(xué)及工藝特性,，將成為未來(lái)電子器件集成化、模塊化的首選方式,，在國(guó)外及我國(guó)臺(tái)灣省發(fā)展迅猛,，已初步形成產(chǎn)業(yè)雛形。 LTCC應(yīng)用日漸廣泛　　利用LTCC制備片式無(wú)源集成器件和模塊具有許多優(yōu)點(diǎn),，首先,，陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻高Q特性；第二,，使用電導(dǎo)率高的金屬材料作為導(dǎo)體材料,，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因子；第三,，可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求,，并具備比普通PCB電路基板優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性；第四,，可將無(wú)源組件埋入多層電路基板中,，有利于提高電路的組裝密度；第五,，具有較好的溫度特性,，如較小的熱膨脹系數(shù)、較小的介電常數(shù)溫度系數(shù),，可以制作層數(shù)極高的電路基板,，可以制作線寬小于50μm的細(xì)線結(jié)構(gòu)。另外,，非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝允許對(duì)生坯基板進(jìn)行檢查,，從而提高成品率，降低生產(chǎn)成本。

　　LTCC器件按其所包含的元件數(shù)量和在電路中的作用,，大體可分為L(zhǎng)TCC元件,、LTCC功能器件、LTCC封裝基板和LTCC模塊基板,。

　　LTCC功能器件　　早期通信產(chǎn)品內(nèi)的濾波器和雙工器多為體積很大的介質(zhì)濾波器和雙工器?，F(xiàn)在GSM和CDMA手機(jī)上的濾波器已被聲表面濾波器取代或埋入模塊基板中，而PHS手機(jī)和無(wú)繩電話上的濾波器則大多為體積小,、價(jià)格低,、由LTCC制成的LC濾波器，藍(lán)牙和無(wú)線網(wǎng)卡則從一開(kāi)始就選用LC濾波器,。

　　由LTCC制成的濾波器包括帶通,、高通和低通濾波器三種，頻率則從數(shù)十MHz直到5.8GHz,。LC濾波器在體積,、價(jià)格和溫度穩(wěn)定性等方面有其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，其不斷受到廣泛重視就不難理解了,。

　　由LTCC制作的上述射頻器件在國(guó)外和我國(guó)臺(tái)灣省已有數(shù)年的歷史,，日本的村田、東光,、TDK,、雙信電機(jī)，我國(guó)臺(tái)灣省的華信科技,、ACX,，韓國(guó)的三星等都在批量生產(chǎn)和銷(xiāo)售。我國(guó)內(nèi)地在2003年才從展覽會(huì)和網(wǎng)頁(yè)上看到,，南玻電子公司和另一家公司著手開(kāi)發(fā)類(lèi)似產(chǎn)品,。

　　LTCC片式天線　　WLAN和藍(lán)牙設(shè)備通信距離短，收發(fā)功率小,，對(duì)天線的功率和收發(fā)特性要求不高,，但對(duì)天線所占PCB的面積及成本要求很?chē)?yán)。由LTCC制備的片式天線具有體積小,、便于表面貼裝,、可靠性高、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn),，已廣泛用于WLAN和藍(lán)牙,。

　　LTCC模塊基板　　電子元件的模塊化已成為業(yè)界不爭(zhēng)的事實(shí)，其中尤其以LTCC為首選方式,?？晒┻x擇的模塊基板有LTCC,、HTCC(高溫共燒陶瓷),、傳統(tǒng)的PCB如 FR4和PTFE(高性能聚四氟已烯)等,。HTCC的燒結(jié)溫度在1500℃以上，與之匹配的難熔金屬如鎢,、鉬/錳等導(dǎo)電性能較差,，燒結(jié)收縮不如LTCC易于控制。LTCC的介電損耗比RF4低一個(gè)數(shù)量級(jí),。PTFE的損耗較低,，但絕緣性都較差。LTCC比大多數(shù)有機(jī)基板材料可更好地控制精度,。沒(méi)有任何有機(jī)材料可與LTCC基板的高頻性能,、尺寸和成本進(jìn)行綜合比較。

　　國(guó)外和我國(guó)臺(tái)灣省對(duì)LTCC模塊基板的研究可謂如火如荼,，已經(jīng)有多種LTCC模塊商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用,。僅生產(chǎn)手機(jī)天線開(kāi)關(guān)模塊(簡(jiǎn)稱(chēng)ASM)的就有村田、三菱電工,、京瓷,、TDK、Epcos,、日立,、Avx等十多家。此外還NEC,、村田和愛(ài)立信等公司的藍(lán)牙模塊,、日立等公司的功放模塊等等，都是由LTCC工藝制成的,。

　　LTCC模塊因其結(jié)構(gòu)緊湊,、耐機(jī)械沖擊和熱沖擊性強(qiáng)，目前在軍工和航天設(shè)備上受到極大關(guān)注和廣泛應(yīng)用,。今后其在汽車(chē)電子上的應(yīng)用將會(huì)非常廣泛,。國(guó)產(chǎn)化成為L(zhǎng)TCC器件發(fā)展契機(jī) 　　國(guó)內(nèi)LTCC器件的開(kāi)發(fā)比國(guó)外至少落后5年。這主要是由于電子終端產(chǎn)品發(fā)展滯后造成的,。

　　LTCC功能器件和模塊主要用于GSM,、CDMA和PHS手機(jī)、無(wú)繩電話,、WLAN和藍(lán)牙等通信產(chǎn)品,，除40多兆的無(wú)繩電話外，這幾類(lèi)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)是近5年才發(fā)展起來(lái)的,。國(guó)內(nèi)的終端產(chǎn)品為了盡快搶占市場(chǎng),，最初的設(shè)計(jì)方案大都是從國(guó)外買(mǎi)來(lái)的，甚至方案與元器件打包采購(gòu)，其所購(gòu)方案都選用了國(guó)外元器件,。前幾年終端產(chǎn)品生產(chǎn)廠的主要目標(biāo)是擴(kuò)大市場(chǎng)份額,，成本壓力不大，無(wú)法顧及元器件國(guó)產(chǎn)化,。隨著終端產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩,，價(jià)格和成本競(jìng)爭(zhēng)將日趨激烈，元器件的國(guó)產(chǎn)化必將提上議事日程,，這將為國(guó)內(nèi)LTCC器件的發(fā)展提供良好的市場(chǎng)契機(jī),。

　　LTCC器件的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，必須兼顧材料,、設(shè)計(jì)及工藝與設(shè)備三個(gè)方面,。

　　材料 　　LTCC器件對(duì)材料性能的要求包括電性能、熱機(jī)械性能和工藝性能三方面,。

　　介電常數(shù)是LTCC材料最關(guān)健的性能,。由于射頻器件的基本單元———諧振器的長(zhǎng)度與材料的介電常數(shù)的平方根成反比，當(dāng)器件的工作頻率較低時(shí)(如數(shù)百兆赫茲),，如果用介電常數(shù)低的材料,，器件尺寸將大得無(wú)法使用。因此,，最好能使介電常數(shù)系列化以適用于不同的工作頻率,。

　　介電損耗也是射頻器件設(shè)計(jì)時(shí)一個(gè)重要考慮參數(shù)，它直接與器件的損耗相關(guān),。理論上希望越小越好,。

　　介電常數(shù)的溫度系數(shù)，這是決定射頻器件電性能的溫度穩(wěn)定性的重要參數(shù),。

　　為了保證LTCC器件的可靠性,，在材料選擇時(shí)還必須考慮到許多熱機(jī)械性能。其中最關(guān)健的是熱膨脹系數(shù),，應(yīng)盡可能與其要焊接的電路板相匹配,。此外，考慮到加工及以后的應(yīng)用,，LTCC材料還應(yīng)滿(mǎn)足許多機(jī)械性能的要求,，如彎曲強(qiáng)度σ、硬度Hv,、表面平整度,、彈性模量E及斷裂韌性KIC等等。

　　工藝性能大體可包括如下方面：第一,，能在900℃以下的溫度下燒結(jié)成致密,、無(wú)氣孔的顯微結(jié)構(gòu),。第二，致密化溫度不能太低,，以免阻止銀漿料和生帶中有機(jī)物的排出,。第三，加入適當(dāng)有機(jī)材料后可流延成均勻,、光滑、有一定強(qiáng)度的生帶,。

　　目前,，國(guó)際上有duPont、Ferro和Heraeus三家提供數(shù)種介電常數(shù)小于10 的生帶,，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)LTCC器件的研究所也都在采用這些生帶,。這些生帶存在兩個(gè)問(wèn)題：首先，介電常數(shù)未系列化,，不利于設(shè)計(jì)不同工作頻率的器件,。第二，這些生帶開(kāi)發(fā)商并無(wú)實(shí)際使用生帶進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn),，比較注重生帶與銀漿料的匹配性和工藝性能,，對(duì)于設(shè)計(jì)對(duì)生帶的要求的掌握并不詳盡。Heraeus目前似乎更著重于銀漿和介電粉料的開(kāi)發(fā),，似有退出生帶生產(chǎn)之勢(shì),，不知是否代表一種趨勢(shì)。

　　國(guó)內(nèi)目前LTCC材料基本有兩個(gè)來(lái)源,，一是購(gòu)買(mǎi)國(guó)外生帶,，二是器件生產(chǎn)廠從原料開(kāi)發(fā)起。這些都不利于快速,、低成本的開(kāi)發(fā)出LTCC器件,。因?yàn)椋谝环N方式會(huì)增加生產(chǎn)成本,，第二種方式會(huì)延緩器件的開(kāi)發(fā)時(shí)間,。目前清華大學(xué)材料系、上海硅酸鹽研究所等單位正在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)LTCC用陶瓷粉料,，尚未到批量生產(chǎn)的程度,。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在亟須開(kāi)發(fā)出系列化的、最好有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LTCC用陶瓷粉料,，專(zhuān)業(yè)化的生產(chǎn)系列化LTCC用陶瓷生帶,，為L(zhǎng)TCC器件的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。南玻電子公司正在用進(jìn)口粉料,，開(kāi)發(fā)出介電常數(shù)為9.1,、18.0和37.4的三種生帶,，厚度從 10μm到100μm，生帶厚度系列化,，介電常數(shù)半系列化,，為不同設(shè)計(jì)、不同工作頻率的器件開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ),。

　　設(shè)計(jì)　　LTCC器件的設(shè)計(jì)包括電性設(shè)計(jì),、應(yīng)力設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)等諸多方面，其中以電性設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵,。由于LTCC器件中包括多個(gè)等效分立元件,，互相間耦合非常復(fù)雜，工作頻率往往較高,，更多的是采用電磁場(chǎng)而不是電路的概念,。用過(guò)去的集總參數(shù)電路設(shè)計(jì)的方法是無(wú)法設(shè)計(jì)LTCC器件的。國(guó)內(nèi)尚未看到有關(guān)LTCC器件電性設(shè)計(jì)的報(bào)道,，這大概是制約LTCC器件開(kāi)發(fā)的另一個(gè)重要因素,。香港青石集成微系統(tǒng)公司(CiMS)長(zhǎng)期從事微波電磁場(chǎng)的研究與LTCC器件的設(shè)計(jì)，頗有造詣,。CiMS采用先進(jìn)的電磁場(chǎng)模擬優(yōu)化軟件為南玻電子設(shè)計(jì)了多款LC濾波器和模塊,，取得了良好的效果。

　　由電磁場(chǎng)模似設(shè)計(jì)軟件可對(duì)生帶和銀電極的頻率響應(yīng),、損耗等進(jìn)行定量分析,，從而指導(dǎo)實(shí)際研發(fā)，縮短研發(fā)周期和成本,。

　　工藝設(shè)備　　LTCC器件的顯著優(yōu)點(diǎn)之一是其一致性好,、精度高。而這完全有賴(lài)于所用材料的穩(wěn)定性和工藝設(shè)備的精度,。國(guó)內(nèi)目前尚沒(méi)有生產(chǎn)廠可制造與LTCC有關(guān)的成型設(shè)備,。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)南玻電子引進(jìn)了一條完整的LTCC生產(chǎn)線,，另外約有4家研究所已經(jīng)或正在引進(jìn)LTCC中試設(shè)備,，開(kāi)發(fā)軍工用LTCC模塊。

　　LTCC設(shè)備的關(guān)健是其精度和自動(dòng)控制程度,。南玻電子每臺(tái)LTCC設(shè)備均是當(dāng)今世界精度最高,、全自動(dòng)控制的。